Streszczenie: Naukowcy wykorzystali muszki owocowe, aby rozwikłać tajemnicę codziennych wzorców odżywiania się zwierząt. Odkryli, że gen quasimodo (qsm) dostosowuje karmienie do światła i ciemności, podczas gdy geny takie jak zegar (clk) i cykl (cyc) regulują cykle jedzenia/poszczenia. Co ciekawe, to komórki nerwowe, a nie tkanki metaboliczne, zapewniają zgodność tych cykli z codziennym rytmem.

Odkrycia te otwierają drogę do głębszego wglądu w zachowania zwierząt i potencjalne metody leczenia zaburzeń odżywiania.

Kluczowe fakty:

1. Gen quasimodo (qsm) muszek owocowych pomaga dostosować karmienie do cykli światła i ciemności.
2. W ciągłej ciemności zegar genowy (clk) i cykl (cyc) dyktują rytm jedzenia/poszczenia.
3. Geny zegara molekularnego w komórkach nerwowych, a nie w tkankach metabolicznych, synchronizują te rytmy z cyklami dnia.

Źródło: Uniwersytet Metropolitalny w Tokio

Naukowcy z Tokyo Metropolitan University wykorzystali muszki owocowe do zbadania, w jaki sposób regulowane są codzienne wzorce żywieniowe.

Odkryli, że gen quasimodo (qsm) pomógł zsynchronizować karmienie z cyklami światła i ciemności, ale nie w ciągłej ciemności: zamiast tego geny zegara (clk) i cyklu (cykl) kontynuuj cykle jedzenia/poszczenia, podczas gdy inne „zegary” w komórkach nerwowych pomagają zsynchronizować je z dniami. Rozszyfrowanie mechanizmu molekularnego cykli jedzenia pomaga nam zrozumieć zachowania zwierząt, w tym nasze własne.

Wielu przedstawicieli królestwa zwierząt je mniej więcej o tej samej porze każdego dnia. Rodzi się to z potrzeby dostosowania się do aspektów środowiska, w tym ilości światła, temperatury, dostępności pożywienia, możliwości obecności drapieżników, a wszystkie one są niezbędne do przetrwania. Jest również ważny dla sprawnego trawienia i metabolizmu, a tym samym dla naszego ogólnego samopoczucia.

Ale skąd tak szeroka gama organizmów wie, kiedy jeść? Ważnym czynnikiem jest rytm dobowy, w przybliżeniu codzienny cykl fizjologiczny wspólny dla organizmów tak różnorodnych, jak zwierzęta, rośliny, bakterie i glony. Służy jako „zegar główny”, który reguluje rytmiczne zachowanie.

Ale zwierzęta są pełne innych mechanizmów synchronizacji, znanych jako „zegary peryferyjne”, z których każdy ma swoje własne, różne szlaki biochemiczne. Mogą one zostać zresetowane przez czynniki zewnętrzne, takie jak karmienie. Jednak konkretny sposób, w jaki te zegary regulują zachowania żywieniowe zwierząt, nie jest jeszcze jasny.

Teraz zespół kierowany przez profesora nadzwyczajnego Kanae Ando z Tokyo Metropolitan University zajął się tym problemem, używając muszek owocowych – organizmu modelowego, który odzwierciedla wiele cech bardziej złożonych zwierząt, w tym ludzi. Zastosowali metodę znaną jako test CAFE, w której muchy karmi się przez mikrokapilarę, aby dokładnie zmierzyć, ile poszczególne muchy zjadają w różnym czasie.

Po pierwsze, sprawdzili, w jaki sposób muchy synchronizują swoje nawyki żywieniowe ze światłem. Badając muchy żerujące w cyklu światło/ciemność, poprzednie prace wykazały już, że muchy żerują więcej w ciągu dnia, nawet jeśli wprowadzono mutacje w podstawowych genach zegara dobowego, okresu (per) i ponadczasowości (tim). Zamiast tego zespół przyjrzał się quasimodo (qsm), genowi kodującemu białko reagujące na światło, które kontroluje uruchamianie neuronów zegarowych.

Powalając qsm, odkryli, że sposób odżywiania się muszek znacząco wpływa na dzienny sposób odżywiania się. Po raz pierwszy wiemy, że qsm wpływa na synchronizację karmienia z rytmem światła.

Inaczej było w przypadku much żerujących w ciągłej ciemności. Muchy z mutacjami w głównych genach zegara dobowego doświadczyły poważnych zakłóceń w codziennym trybie żywienia.

Spośród czterech zaangażowanych genów: okresu (per), ponadczasowości (tim), cyklu (cyc) i zegara (clk), utrata cykli i clk była znacznie poważniejsza. W rzeczywistości odkryto, że clk/cyc było konieczne w tworzeniu bimodalnych wzorców żywienia, tj. okresów jedzenia i postu, zwłaszcza w tkankach metabolicznych.

Ale jak te cykle zsynchronizowały się z dniami? Zamiast tkanek metabolicznych dominującą rolę odegrały geny zegara molekularnego w komórkach nerwowych.

Odkrycia zespołu dają nam pierwszy wgląd w to, jak różne zegary w różnych częściach organizmu regulują cykle karmienia/poszczenia, a także w jaki sposób odpowiadają one rytmom dobowym.

Zrozumienie mechanizmów stojących za nawykami żywieniowymi zapewnia nowy wgląd w zachowania zwierząt, a także nowatorskie metody leczenia zaburzeń odżywiania.

Finansowanie: Prace te były wspierane przez Farber Institute for Neurosciences i Thomas Jefferson University oraz National Institutes of Health [R01AG032279-A1]grant Fundacji Takeda oraz Fundusz Badań Strategicznych TMU.

O tym aktualności z badań genetycznych

Autor: Idź do TOTSUKAWY
Źródło: Uniwersytet Metropolitalny w Tokio
Kontakt: GO TOTSUKAWA – Uniwersytet Metropolitalny w Tokio
Obraz: Zdjęcie przypisuje się Neuroscience News

Orginalne badania: Otwarty dostęp.
„Analiza codziennego schematu żywienia: obwodowy ZEGAR/CYKL generuje epizody karmienia/poszczenia, a neuronalne zegary molekularne je synchronizują” – Kanae Ando i in. iNauka

Abstrakcyjny

Analiza codziennego schematu żywienia: obwodowy ZEGAR/CYKL generuje epizody karmienia/poszczenia, a neuronalne zegary molekularne je synchronizują

Dobowy rytm karmienia lub zsynchronizowane epizody karmienia i postu w ciągu dnia mają kluczowe znaczenie dla przeżycia. Wewnętrzne zegary i dopływ światła regulują zachowania rytmiczne, ale sposób, w jaki generują rytmy karmienia, nie jest w pełni poznany. Naszym celem było przeanalizowanie szlaków molekularnych generujących codzienne wzorce żywienia.

Mierząc półdniową ilość pokarmu spożywanego przez pojedyncze muchy, wykazujemy, że wytworzenie rytmów żerowania w warunkach światło-ciemność wymaga quasimodo (qsm), ale nie zegary molekularne.

W ciągłej ciemności rytmiczne wzorce karmienia składają się z dwóch elementów: ZEGAR (CLK) w tkankach trawiennych/metabolicznych generujących epizody karmienia/poszczenia oraz zegar molekularny w neuronach synchronizujący je z subiektywnym dniem.

Chociaż CLK jest częścią zegara molekularnego, generowanie epizodów karmienia/poszczenia przez CLK w tkankach metabolicznych było niezależne od maszynerii zegara molekularnego.

Nasze wyniki ujawniły nowe funkcje qsm i CLK w rytmach karmienia Drosophila.